科尔沁沙地典型区地下水、降水变化特征分析

发布时间：2019-07-16 09:08

【摘要】：地下水资源作为科尔沁沙地典型区的重要供水来源,研究地下水及其影响因素的变化特征对水资源合理开发利用、生态环境保护有重要的现实意义。以研究区周围左中、通辽和后旗3个典型气象站与7个地下水观测井数据为基础,应用灰色系统理论、线性回归、M-K突变检验、累积距平分析和小波周期分析等研究方法,对科尔沁沙地典型区1951-2015年降水量与地下水埋深进行研究,定性描述降水量变化与地下水埋深变化的响应关系。结果表明:(1)夏季气候倾向率为-18.6 mm·(10 a)~(-1)和年降水量气候倾向率为-11.7 mm·(10 a)~(-1),都呈下降趋势,春、秋和冬三季降水量变化呈上升趋势,其气候倾向率分别为1.45 mm·(10 a)~(-1)、1.79 mm·(10 a)~(-1)和0.67 mm·(10 a)~(-1)。(2)近65 a来,研究区年降水存在2~5 a、7~12 a和18~31 a三个明显特征时间尺度的周期,对应小波方差图存在26 a和10 a两个周期峰值;四季降水量同样存在不同时间尺度的周期。(3)四季和年地下水埋深先呈线性再呈波动式变化,上升趋势显著,增幅分别为0.48 m·(10 a)~(-1)、0.50 m·(10 a)~(-1)、0.51 m·(10 a)~(-1)、0.48 m·(10 a)~(-1)和0.49 m·(10 a)~(-1)。(4)地下水埋深时间序列基准期和变异期的分界点为1994年。(5)1994年前,地下水埋深与滞后4 a降水量相关系数为-0.514;1994年后,地下水埋深与滞后8 a降水量相关系数为-0.527。
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研究区位置Fig.1Geographicallocationofthestudyarea

图片说明：区地下水、降水变化特征分析及两者的关系，从而为该地区水资源合理利用与生态环境保护提供理论支持，仍是科研研究的难点与热点。本文从降水量变化、地下水埋深变化和二者之间响应关系入手，采用灰色系统理论建模法、线性回归、Mann-Kendall突变趋势分析与突变性检验、累积距平分析、小波周期分析等方法，对1951-2015年四季和年平均降水量与地下水埋深变化进行精确周期分析及定量分析两者相关关系。1研究区选择在内蒙古通辽市科左后旗，地处科尔沁沙地东南部（42°40′～43°42′N，121°30′～123°42′E），见图1。研究区面积达1.15×104km2，大部呈草甸沙坨相间，兼含少量平原区。区域为典型干旱半干旱地带［12］，属温带大陆性季风气候，年平均降水量为451.1mm，降雨年内分配不均匀，6～8月份的降水量约占全年70％以上；年平均风速（3～4）m·s-1，冬、春季节为大风多发季节，，年平均气温5.3～5.9℃。研究区地表水匮乏，用水以地下水为主。土壤构成以风沙土、草甸土、盐碱土为主，草本植被以各种蒿属和杂草为主。图1研究区位置Fig.1Geographicallocationofthestudyarea2本文主要对科尔沁沙地典型区1951-2015年降水数据和通辽市水文局的七个地下水观测井1951-2015年间地下水实测及模拟数据分别进行季变化（规定3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月～次年2月为冬季）与年变化统计，数据分别来源于气象局与水文局等部门经过“三性”（一致性、可靠性与代表性）检验的整编资料，其中气象数据为科左后旗、通辽及科左中旗三个气象站自1951-2015年逐月降水的均值，地下水数据采用1980-2015年七个地下水观测井逐月观测值的均值，同时采用灰色系统理论建模软件（GTMS3.0）反演1951-1979年研?
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图片说明：年以后降水量普遍处于趋势线以下，下降趋势较为明显，且其变化量小周期也逐渐消失，这与梁怀宇［17］等人的研究结果较为相似，所以认定1994年为突变的开始。3.3根据现有1951-2015年年平均降水量与年平均31951-2015Tab.3Trendtestofseasonalandannualgroundwaterinresearchareaduring1951-2015地下水snVar（S）Z显著性春1877663265210.39显著夏1885663265210.44显著秋1925663265210.66显著冬1929663265210.68显著全年1932663265210.70显著图61951-2015年研究区年平均地下水埋深累积距平变化特征Fig.6Cumulativeanomalyvariationofthedepthofground-waterofmultiyearaverageinreachareaduring1951-20154Tab.4Correlationbetweenprecipitationandgroundwaterdepth地下水埋深年份1994年前1994年后当年0.267-0.144滞后2a-0.078-0.234滞后4a-0.514*-0.376滞后6a0.261-0.274滞后8a--0.527**滞后10a--0.321*.Correlationissignificantatthe0.05level（2-tailed）；**.Correlationissignificantatthe0.01level（2-tailed）图7研究区多年平均地下水埋深与年平均降水量对照Fig.7Changecomparisonofprecipitationwiththedepthofgroundwaterinreacharea724
【作者单位】：内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院;
【基金】：水利部公益性行业科研专项经费项目(201501031)
【分类号】：P426.6;P641

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